光纖通信技術知識點簡要(考試必備)(共5頁)

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上光纖通信.1.光纖結構  光纖是由中心的纖芯和外圍的包層同軸組成的圓柱形細絲。纖芯的折射率比包層稍高，損耗比包層更低，光能量主要在纖芯內傳輸。包層為光的傳輸提供反射面和光隔離，并起一定的機械保護作用。設纖芯和包層的折射率分別為n1和n2，光能量在光纖中傳輸?shù)谋匾獥l件是n1>n2。2.光纖主要有三種基本類型: 突變型多模光纖,漸變型多模光纖, 單模光纖. 相對于單模光纖而言，突變型光纖和漸變型光纖的纖芯直徑都很大，可以容納數(shù)百個模式，所以稱為多模光纖3.光纖主要用途：突變型多模光纖只能用于小容量短距離系統(tǒng)。漸變型多

2、模光纖適用于中等容量中等距離系統(tǒng)。單模光纖用在大容量長距離的系統(tǒng)。1.55m色散移位光纖實現(xiàn)了10 Gb/s容量的100 km的超大容量超長距離系統(tǒng)。色散平坦光纖適用于波分復用系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可以把傳輸容量提高幾倍到幾十倍。三角芯光纖有效面積較大，有利于提高輸入光纖的光功率，增加傳輸距離。偏振保持光纖用在外差接收方式的相干光系統(tǒng)， 這種系統(tǒng)最大優(yōu)點是提高接收靈敏度，增加傳輸距離。4.分析光纖傳輸原理的常用方法：幾何光學法.麥克斯韋波動方程法5.幾何光學法分析問題的兩個出發(fā)點:   數(shù)值孔徑  時間延遲. 通

3、過分析光束在光纖中傳播的空間分布和時間分布. 幾何光學法分析問題的兩個角度:   突變型多模光纖   漸變型多模光纖.6.產(chǎn)生信號畸變的主要原因是光纖中存在色散，損耗和色散是光纖最重要的傳輸特性：損耗限制系統(tǒng)的傳輸距離, 色散則限制系統(tǒng)的傳輸容量.7.色散是在光纖中傳輸?shù)墓庑盘?，由于不同成分的光的時間延遲不同而產(chǎn)生的一種物理效應. 色散的種類：模式色散、材料色散、波導色散. 8. 波導色散  纖芯與包層的折射率差很小，因此在交界面產(chǎn)生全反射時可能有一部分光進入包層之

4、內，在包層內傳輸一定距離后又可能回到纖芯中繼續(xù)傳輸。進入包層內的這部分光強的大小與光波長有關，即相當于光傳輸路徑長度隨光波波長的不同而異。有一定譜寬的光脈沖入射光纖后，由于不同波長的光傳輸路徑不完全相同，所以到達終點的時間也不相同，從而出現(xiàn)脈沖展寬。具體來說，入射光的波長越長，進入包層中的光強比例就越大，這部分光走過的距離就越長。這種色散是由光纖中的光波導引起的，由此產(chǎn)生的脈沖展寬現(xiàn)象叫做波導色散。9. 偏振模色散：實際光纖不可避免地存在一定缺陷，如纖芯橢圓度和內部殘余應力，使兩個偏振模的傳輸常數(shù)不同，這樣產(chǎn)生的時間延遲差稱為偏振模色散或雙折射色散。10. 損耗的機理包括吸

5、收損耗和散射損耗兩部分。吸收損耗   是由SiO2材料引起的固有吸收和由雜質引起的吸收產(chǎn)生的。散射損耗   主要由材料微觀密度不均勻引起的瑞利散射和由光纖結構缺陷(如氣泡)引起的散射產(chǎn)生的。瑞利散射損耗是光纖的固有損耗，它決定著光纖損耗的最低理論極限。11.光線的損耗：（1）吸收損耗：a.本征吸收損耗：紫外吸收損耗，紅外吸收損耗b.雜質吸收損耗c.原子缺陷吸收損耗（2）散射損耗 a線性散射損耗：瑞利散射，光纖結構不完善引起的散射損耗（3）彎曲損耗 a.宏彎：曲率半徑比光纖的直徑大得多的彎曲b.微彎：微米級的高頻彎曲

6、，微彎的原因：光纖的生產(chǎn)過程中的帶來的不均；使用過程中由于光纖各個部分熱脹冷縮的不同；導致的后果：造成能量輻射損耗. 與宏彎的情況相同，模場直徑大的模式容易發(fā)生微彎損耗12. 柔性光纖的優(yōu)點：1. 對光的約束增強2. 在任意波段均可實現(xiàn)單模傳輸：調節(jié)空氣孔徑之間的距離3. 可以實現(xiàn)光纖色散的靈活設計4. 減少光纖中的非線性效應5. 抗側壓性能增強13. 光纖的制作要求（1）透明（2）能將其拉制成沿長度方向均勻分布的具有纖芯-包層結構的細小纖維；（3）能經(jīng)受住所需要的工作環(huán)境。光纖是將透明材料拉伸為細絲制成的。14.

7、 光纖預制棒簡稱光棒，是一種在橫截面上有一定折射率分布和芯/包比的的透明的石英玻璃棒。根據(jù)折射率的不同光棒可從結構上分為芯層和包層兩個部分，其芯層的折射率較高，是由高純SiO2材料摻雜折射率較高的高純GeO2材料構成的，包層由高純SiO2材料構成。制作方法: 外部氣相沉積法；氣相軸相沉積法； 改進的化學氣相沉積法； 等離子化學氣相沉積法。 15. 光纜基本要求：保護光纖固有機械強度的方法，通常是采用塑料被覆和應力篩選。光纖從高溫拉制出來后，要立即用軟塑料進行一次被覆和應力篩選，除去斷裂光纖，并對成品光纖用硬塑料進行二次被覆。二次被覆光

8、纖有緊套、松套、大套管和帶狀線光纖四種，應力篩選條件直接影響光纖的使用壽命。16. 光纜一般由纜芯和護套兩部分組成，有時在護套外面加有鎧裝。1. 纜芯 纜芯通常包括被覆光纖(或稱芯線)和加強件兩部分。被覆光纖是光纜的核心，決定著光纜的傳輸特性。加強件起著承受光纜拉力的作用，通常處在纜芯中心，有時配置在護套中。光纜的基本型式：層絞式   骨架式  中心束管式   帶狀式   2. 護套  護套起著對纜芯的機械保護和環(huán)境保護作用，

9、要求具有良好的抗側壓力性能及密封防潮和耐腐蝕的能力。根據(jù)使用條件光纜可以分為：室內光纜、架空光纜、埋地光纜和管道光纜等。 護套通常由聚乙烯或聚氯乙烯(PE或PVC)和鋁帶或鋼帶構成。18. 根據(jù)使用條件光纜可以分為：室內光纜、架空光纜、埋地光纜和管道光纜等19. 光纜特性 1. 拉力特性2. 壓力特性3. 彎曲特性4. 溫度特性 20. 成纜對光纖特性的影響1. 成纜的附加損耗2. 成纜可以改善光纖的溫度特性3. 機械強度增加21. 光纖的特性參數(shù)很多，基本上可分為

10、幾何特性、光學特性和傳輸特性三類。幾何特性包括纖芯與包層的直徑、偏心度和不圓度；光學特性主要有折射率分布、數(shù)值孔徑、模場直徑和截止波長；傳輸特性主要有損耗、帶寬和色散。 22.(1) 損耗測量  光纖損耗測量有兩種基本方法：一種是測量通過光纖的傳輸光功率，稱剪斷法和插入法；另一種是測量光纖的后向散射光功率，稱后向散射法。(2) 帶寬測量 光纖帶寬測量有時域和頻域兩種基本方法。 時域法是測量通過光纖的光脈沖產(chǎn)生的脈沖展寬，又稱脈沖法；頻域法是測量通過光纖的頻率響應，又稱掃頻法。 (3) 色散測量 

11、光纖色散測量有相移法、脈沖時延法和干涉法等。23 光纖的熔接工藝步驟  (1) 將待熔接的光纖端頭切割成平整且垂直于軸線的端面；       (2) 利用微調裝置將兩根光纖調準直； (3) 利用電弧放電將兩根光纖熔接在一起。24 光纖熔接引起損耗的原因 (1) 光纖軸線的橫向相對誤差（錯位）；(2) 兩根光纖的纖芯直徑不同；(3) 兩根光纖的性能參數(shù)不同；(4) 光纖端頭之間的相對距離； 

12、;(5) 角向相對偏離。 25 光纖連接器是光纖技術應用中使用量最大的光無源器件，和光纖接頭一樣，光纖連接器也是對兩光纖端面進行對接，所不同的是光纖接頭是永久性的熔接，而光纖連接器是臨時性連接，具有使用的靈活性。損耗是它們重要的光學參數(shù)。以下為光無源器件26 光纖連接器損耗的分類(1) 插入損耗；(2) 回波損耗27 光纖連接器的插損機理  光纖公差引起的固有損耗：主要由光纖制造公差，即纖芯尺寸、數(shù)值孔徑及纖芯/包層同心度等。連接器加工裝配引起的固有損耗：主要由光纖制造公差，即端面間隙、軸線傾角及橫向偏移

13、等。28 光纖連接器的回損機理 光纖端面菲涅耳反射引起的光能量損耗。這種損耗發(fā)生在纖芯空氣交界面，有效的解決方法是設計兩個連接器的物理接觸面。29 光纖連接器的損耗表達式:  NA引起的損耗  端面間隙引起的插損  回波損耗 主觀因素損耗：端面劃傷、塵粒、定位不準。30 光纖連接器的組成  由跳線、尾纖或尾纜、適配器組成。31. 光插頭的組成  (1) 光纖或單芯光纜(2) 插針體(3) 外部零件32.&#

14、160;光纖連接器的技術指標：插入損耗：光通過連接器后，光功率損耗的大?。换夭〒p耗：光通過連接器后，后向反射光與入射光的比值；重復性：重復插拔后插損的變化值，1000次插拔后，小于±0.1dB；互換性：插頭和適配器按一定的規(guī)則互換后，插入損耗的變化值，互換性小于±0.2dB。33. 光纖連接器的分類(1) 按光纖的模式分 單模、多模光纖連接器; (2) 按插針體的端面分 端面一般都是加工成球面、精拋球面和斜球面等。PC、SPC、APC。APC: 將端面拋磨成與插針體中心線成80角。(3) 按連接

15、器的類型分  FC、SC、ST: 目前應用最廣泛的三種,體積比較大。FC: 螺紋鎖緊式SC: 插拔式/咬合式ST: 卡口旋轉鎖34  光纖耦合器是用來連接3個或3個以上的光接點。光信號經(jīng)過光纖耦合器后，在多個輸出端口之間分配，降低了每個信號輸出端的信號強度。35. 光纖耦合器的性能參數(shù)(1) 插入損耗(2) 耦合比(3) 附加損耗（4）隔離度A（5）分光比T36. 光隔離器是只沿一個方向傳輸?shù)墓馄骷?，阻止了后向反射和散射的光到達敏感器件，比如激光器和光放大器，是一種

16、光學單行道器件。光隔離器主要應用在激光器或者是光放大器的輸出端，以防止光纖線路中的后向反射光造成激光器或光放大器的工作不穩(wěn)定性。37. 光隔離器的性能參數(shù)要求(1) 隔離度大，單芯隔離器的典型值是40dB; (2) 插入損耗小，單芯隔離器的典型值是0.2dB。37. 就光纖材料而言，光敏性是指光纖材料的折射率在外部光的作用下發(fā)生永久性的改變。38. 光纖光柵就是利用光纖的光敏性，用特定波長的激光以特定方式照射光纖，導致光纖內部的折射率沿軸向形成周期性或非周期性的空間分布，從而把光纖做成具有精確控制諧振波長的光柵。39. 光纖

17、光柵的最基本原理是相位匹配條件：  1、2是正、反向傳輸常數(shù)，是光纖光柵的周期，在寫入光柵的過程中確定下來。 40. 波分復用技術要求光器件在光發(fā)射機端合并多個信號進入單根光纖同時向前傳輸，并在光接收機端分離這些信號，以便分立的光接收機進行處理，實現(xiàn)這種功能的光器件就是波分復用器。波分復用器從功能上分為兩部分: 發(fā)射機端的為復用器，其作用是合并光信道；接收機端的為解復用器，其作用正好相反，分離復用在一起的光信道，而且必須完全分離光信道，且串擾要低。41. 光開關的性能參數(shù): a 插入損耗b 回波損耗c&#

18、160;隔離度d 開關時間e. 串擾f. 消光比42. 光衰減器主要用于光纖通信系統(tǒng)的特性測試和其他測試中，是對光功率有一定衰減量的器件。根據(jù)衰減量是否變化，可以分為固定衰減器和可變衰減器。43. 波長轉換器：使信號從一個波長轉換到另一個波長的器件。波長轉換器根據(jù)波長轉換機理可分為光電型波長轉換器和全光型波長轉換器。以下為有源器件44. 光源器件：光纖通信設備的核心，其作用是將電信號轉換成光信號送入光纖。 光纖通信中常用的光源器件有半導體激光器和半導體發(fā)光二極管兩種。四小類：同質半導體激光器、異質半導體激光器、PIN光電二極

19、管、雪崩光電二極管45. 半導體激光器（LD）工作原理：用半導體材料做成的激光器，當激光器的P-N結上外加的正向偏壓足夠大時，將使得P-N結的結區(qū)出現(xiàn)了高能級粒子多、低能級粒子少的分布狀態(tài)，這即是粒子數(shù)反轉分布狀態(tài)，這種狀態(tài)將出現(xiàn)受激輻射大于受激吸收的情況，可產(chǎn)生光的放大作用。被放大的光在由P-N結構成的F-P光學諧振腔（諧振腔的兩個反射鏡是由半導體材料的天然解理面形成的）中來回反射，不斷增強，當滿足閾值條件后，即可發(fā)出激光。特性參數(shù)：（1）發(fā)射波長（2）閾值特性（3）光譜特性（4）轉換效率（5）溫度特性（6）光束發(fā)散(7).  頻率特性(8). 瞬態(tài)特

20、性 46. 碼型效應 當電光延遲時間td與數(shù)字調制的碼元持續(xù)時間T/2為相同數(shù)量級時，會使“0”碼過后的第一個“1”碼的脈沖寬度變窄，幅度變小，嚴重時可能使單個“1”丟失47. 發(fā)光二級管（LED）的結構    LED也多采用雙異質結芯片，不同的是LED沒有解理面，即沒有光學諧振腔。由于不是激光振蕩，所以沒有閾值。  LED的工作特性（1）光譜特性（2）輸出光功率特性（3）溫度特性（4）耦合效率（5）調制特性(6) 頻率特性48. 光電檢測器是利用半導體材料的光電效應實現(xiàn)光電

21、轉換的。49. 雪崩光電二極管（APD）APD的雪崩倍增效應，是在二極管的P-N結上加高反向電壓，在結區(qū)形成一個強電場；在高場區(qū)內光生載流子被強電場加速，獲得高的動能，與晶格的原子發(fā)生碰撞，使價帶的電子得到了能量；越過禁帶到導帶，產(chǎn)生了新的電子空穴對；新產(chǎn)生的電子空穴對在強電場中又被加速，再次碰撞，又激發(fā)出新的電子空穴對如此循環(huán)下去，形成雪崩效應，使光電流在管子內部獲得了倍增。APD就是利用雪崩效應使光電流得到倍增的高靈敏度的檢測器。50.  PIN管特性包括響應度、量子效率、響應時間和暗電流。APD管除有上述特性外，還有雪崩倍增特性、溫度特性等。PIN光電二極管

22、的特性：（1）響應度和量子效率  響應度和量子效率表征了光電二極管的光電轉換效率。量子效率表示入射光子轉換為光電子的效率。它定義為單位時間內產(chǎn)生的光電子數(shù)與入射光子數(shù)之比（3）響應時間  表征檢測器對光信號響應速度快慢的參量。51.  對APD特性新引入的參數(shù)是倍增因子和附加噪聲指數(shù)52. 按光纖中光波調制原理來分：強度調制，頻率調制，波長調制，相位調制和偏振調制光纖傳感器。光纖傳感器系統(tǒng)包括光源，光纖，傳感頭，光探測器和信號處理電路等。光纖傳感器的光源的要求：(1) 光源的體積小，便于與光纖耦合；(2) 

23、;足夠的亮度，以提高傳感器輸出的光功率；(3)光源發(fā)出的光波長應適合(4) 穩(wěn)定性好、噪聲小(5) 便于維護，使用方便。光纖傳感器用光探測器的要求：(1)線性好(2)靈敏度高(3)響應頻帶寬、響應運度快，動態(tài)特性好(4)性能穩(wěn)定，噪聲小。53. 光強度調制型：用被測對象引起光纖中光強度的變化實現(xiàn)對被測對象的檢測。分為內調制型和外調制型兩種。外調制型：光纖僅起傳光作用，光纖本身特性不改變，調制過程發(fā)生在光纖以外的環(huán)節(jié)。屬于傳光型傳感器。內調制型：調制過程發(fā)生在光纖內部，是通過光纖本身特性的改變來實現(xiàn)光強度的調制，屬于功能型光纖傳感器。有兩種途徑：1)? 改

24、變光纖的幾何形狀，從而改變光線的傳播入射角。2)? 改變光纖纖芯或包層的折射率。如采用電光材料、磁光材料、光彈性材料，微彎效應等。54. 強度調制的原理：1 由光的傳播方向改變引起的強度調制 2 由透射率的改變引起的強度調制3 由光纖中光的模式的改變引起的強度調制4 由折射率改變引起的強度調制 5 由光吸收系數(shù)的改變引起的強度調制a.利用光纖的吸收特性引起的強度調制b.利用半導體的吸收特性進行強度調制.舉例：移動球鏡光學開關傳感器55. 頻率調制光纖傳感器：頻率調制就是利用外界因素改變光纖中光的

25、頻率，通過測量頻率的變化來測量外界被測參數(shù)。光的頻率調制是在有限的一些物理條件下出現(xiàn)的，最重要的物理現(xiàn)象要屬反射光束的多普勒頻移。56. 頻率檢測：對光的頻率的檢測不象對強度的檢測那樣簡單-直接將光耦合到探測器上即可。由于光探測器響應速度遠低于光頻，不能用來測量光頻而只能用來測量光強，所以，必須把高頻光信號轉換為低頻信號才能探測頻移從而達到測量運動速度的目的。有兩種方法可以測量頻移，即零差檢測和外差檢測。舉例：激光多譜勒測速系統(tǒng)57. 波長（顏色）調制光纖傳感器：波長調制是利用外界因素改變光纖中光能量的波長分布或者說光譜分布，通過檢測光譜分布來檢測被測參數(shù)，由于波長與顏色直

26、接相關，波長調制也叫顏色調制。調制方式有以下幾種：1.利用黑體輻射進行波長調制2.利用磷光（熒光）光譜的變化進行波長調制3.利用濾光器參數(shù)的變化來進行波長調制4.利用熱色物體的顏色變化進行波長調制58.波長檢測：光波波長檢測實際上是確定輸出光譜及其能量的分布，那么首先就要使各個波長的光分離，棱鏡，光柵以及各種濾光片都能達到分光的目的；其次就是各個波長能量的測量。所以波長調制的檢測方法之一就是光譜分析法，即用分光儀和電荷耦合器件或者波長響應較寬的光電探測器相結合來檢測光譜的能量分布。但在許多情況下并不需要檢測輸出光的整個光譜分布，而只需檢測其中某兩個波長的能量變化，所以波長調制的檢測方法之二是比

27、色法。舉例：F-P腔光譜調制傳感原理59. 相位調制光纖傳感器：光纖傳感器中的相位調制，原理就是利用外界因素改變光纖中的相位，通過檢測相位的變化來測量外界被測參量。決定光纖中光的相位的因素：光纖波導的物理長度，折射率及其分布，波導橫向幾何尺寸。60. 干涉技術：目前各類光探測器都不能敏感光的相位變化，必須采用某種技術使相位變化轉換為強度變化，才能實現(xiàn)對外界物理量的檢測，即干涉技術。光纖傳感器中的干涉技術是在光纖干涉儀中實現(xiàn)的。61. 偏振態(tài)調制光纖傳感器：偏振態(tài)調制其原理就是利用外界因素改變光的偏振態(tài)，通過檢測光的偏振態(tài)的變化來檢測各種物理量。在光纖傳感器中，偏振

28、態(tài)調制主要基于人為旋光現(xiàn)象和人為雙折射，如法拉第磁光效應，克爾效應及彈光效應。62. 偏振態(tài)的檢測：檢測光的偏振態(tài)最簡單的方法就是用檢偏器，在光纖傳感器中，是用檢偏器與光探測器結合來檢測偏振態(tài)的。63. 四種干涉儀：1.光纖馬赫曾特爾干涉儀原理：激光束通過分束器后分為兩束光:透射光作為參考光束，反射光作為測量光束。測量光束經(jīng)透鏡耦合進入單模光纖，單模光纖緊緊纏繞在一個順變柱體上，順變柱體上端固定有質量塊。順變柱體作加速運動時，質量塊的慣性力使圓柱體變形，從而使繞在其上面的單模光纖被拉伸，引起光程差的改變。相位改變的激光束由單模光纖射出后與參考光束在分束器處會合，產(chǎn)生干涉效應

29、。在垂直位置放置的兩個光探測器接收到亮暗相反的干涉信號，兩路電信號由差動放大器處理。2.光纖邁克爾遜干涉儀：激光器發(fā)出的光經(jīng)過一個3dB耦合器分成兩束光束入射到光纖，一路到達固定的光纖反射端面，稱為參考臂，另一路到達可動光纖端面，反射回來的光經(jīng)3dB耦合器耦合到光探測器，外界信號S0（t）作用于可移動的信號臂。探測器接收到的光強為：為兩臂之間的相位差，其中包括外界信號S0（t）引起的相位差。3.薩格納克光纖干涉儀：激光器發(fā)出的光由分束器或3dB耦合器分成1：1的兩束光，將它們耦合進入一個多匝（多環(huán)）單模光纖圈的兩端，光纖兩端出射光經(jīng)分束器送到光探測器4.光纖法布里珀羅干涉儀：白光由多模光纖經(jīng)聚

30、焦透鏡進入兩端設有高反射率的反射鏡或直接鍍有高反射膜的腔體，使光束在兩反射鏡（膜）之間產(chǎn)生多次反射以形成多光束干涉，再經(jīng)探測器探測。64. 七種技術：光放大技術，光波分復用技術，光交換技術，光孤子通信，相干光通信，光時分復用技術和波長變換技術65. 光纖放大器的實質是：把工作物質制作成光纖形狀的固體激光器，所以也稱為光纖激光器。對波分復用器的基本要求是：插入損耗小，熔拉雙錐光纖耦合器型和干涉濾波型波分復用器最適用。光隔離器的作用是: 防止光反射，保證系統(tǒng)穩(wěn)定工作和減小噪聲。對光隔離器的的基本要求是： 插入損耗小，反射損耗大。在泵浦光功率一定的條件下，當輸

31、入信號光功率較小時，放大器增益不隨輸入信號光功率而變化，基本上保持不變。“波分復用+光纖放大器”被認為是充分利用光纖帶寬增加傳輸容量最有效的方法。66. 光波分復用技術基本原理是：在發(fā)送端將不同波長的光信號組合起來(復用)，并耦合到光纜線路上的同一根光纖中進行傳輸，在接收端又將組合波長的光信號分開(解復用)，并作進一步處理，恢復出原信號后送入不同的終端，因此將此項技術稱為光波長分割復用， 簡稱光波分復用技術。對波分復用器的基本要求是：插入損耗小、隔離度大、帶內平坦，帶外插入損耗變化陡峭、溫度穩(wěn)定性好、復用通路數(shù)多、尺寸小等。67. 光 交 換 技 術：在現(xiàn)有通信網(wǎng)絡中，高速光纖通信系統(tǒng)僅僅充當點對點的傳輸手段，網(wǎng)絡中重要的交換功能還是采用電子交換技術。 光交換主要有三種方式：空分光交換、時分光交換、波分光交換?？辗止饨粨Q的功能是：使光信號的傳輸通路在空間上發(fā)